DE3407277A1

DE3407277A1 - Verfahren und anlage zur reinigung von rauchgas

Info

Publication number: DE3407277A1
Application number: DE19843407277
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. 7262 Althengstett Schönbucher; Hubert 4005 Meerbusch Wolf
Original assignee: ENERGIEVERSORGUNG SCHWABEN; Deutsche Babcock Anlagen AG
Current assignee: ENERGIEVERSORGUNG SCHWABEN; Deutsche Babcock Anlagen AG
Priority date: 1984-02-28
Filing date: 1984-02-28
Publication date: 1985-08-29
Also published as: DE3407277C2

Description

Verfahren und Anlage zur Reinigung von Rauchgas
Die Erfindung betrifft eine Verfahren und eine Anlage zur Reinigung von Rauchgasen der im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 4 angegebenen Gattung.
Rauchgas aus Feuerungsanlagen, insbesondere aus Kraftwerken, enthält erhebliche Mengen an Schwefelverbindungen (SOx) ) und Stickoxiden (NOX), die aus Gründen der IJmweltbelastung ausgeschieden oder neutralis.erL werden müssen.
Zur Abscheidung der Schwefelverbindungen haben sich in neuerer Zeit Absorber oder Wäscher allgemein durchgesetzt, in denen das Rauchgas mit einer flüssigen kalkhaltigen Suspension möglichst intensiv gemischt wird.
Dabei reagieren die Schwefelverbindungen mit dem Kalk zu Gips, der in Form einer Trübe aus dem Wäscher abgezogen und einer weiteren Verwendung zugeführt wird.
Diese Naßbehandlung der Rauchgase, die dem Wäscher mit Temperaturen von ca. 1300 bis 200 0C aus dem Kesselhaus zugeführt werden, führt zwangsläufig zu einer gravierenden Senkung der Gastemperatur auf ca. 50-80 OC.
Die Reduktion der Stickoxide zu Stickstoff und Wasser erfolgt durch Einführen von Ammoniak in das ca. 700 bis 1200 0C heiße Rauchgas in einem Molverhältnis von 0.6 bis 10 zu den Stickoxiden (vgl. DE-OS 25 50 231), was jedoch wegen der hohen Reaktionstemperaturen für Großfeuerungsanlagen mit Abwärmenutzung nicht ohne weiteres durchführbar ist.
Aus der DE-PS 27 54 932 und 28 52 800 sind nach dem Gasphasen-Reduktionsprinzip arbeitende Vorrichtungen zur Umsetzung von Stickoxiden in Rauchgasen bekannt, bei denen in das Rauchgas zusätzlich zum Ammoniak noch Wasserstoffperoxid zugemischt wird und die eigentliche Reduktion bei niedrigen Gastemperaturen in Gegenwart eines Feststoffkatalysators erfolgt.
Bei diesem gegebenenfalls in zwei Stufen durchgeführten Vorgehen ist eine direkte Kopplung mit einer Rauchgas-Naßentschwefelung wegen der unterschiedlichen Temperaturbereiche nicht ohne weiteres möglich.
Aus der US-PS 3 887 683 ist eine Anlage zur Beseitigung der Stickoxide in Rauchgasen bekannt, bei dem das Rauchgas mit Ammoniak gemischt und die Stickoxide in einem aus Aktivkohle und Vanadiumoxiden gebildeten Katalysatorturm bei Temperaturen zwischen 20 und 150 0C reduziert werden. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in dem hohen Preis des Katalysators und in seiner Anfälligkeit gegen Vergiftungen.
Schließlich ist noch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umsetzung der Stickoxide von Rauchgas durch Einmischen von Ammoniak und katalytische Reduktion bekannt (vgl. Prospekt Kawasaki DeNO -Apparatus"), bei dem die optimale NOx -Reduktionstemperatur in einem mehrstöckigen Katalysatorbett bei ca. 250 0C liegt. Das aus dem Kesselhaus kommende Rauchgas strömt entlang den Oberflächen der Katalysatorelemente und dabei erfolgt die praktisch vollständige NOx -Reduktion. Vorteilhaft sind die für Rauchgase mit Abwärmenutzung günstigen Reduktionstemperaturen und die Möglichkeit eines relativ einfachen zonenweisen Austausches der Katalysatorelemente.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reinigung von Rauchgasen aus Großfeuerungsanlagen zu schaffen,2eine wirksame kostengünstige Entschwefelung und eine praktisch vollständige Entfernung der Stickoxide bei niedrigen Rauchgastemperaturen und geringem Energiebedarf ermöglicht. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens soll auch nachträglich in bestehende Feuerungsanlagen eingebaut werden können.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 (Verfahren) bzw. 4 (Vorrichtung) gelöst.
Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Vorgehen ist es, daß die Abwärme der Rauchgase sehr weitgehend ausgenutzt werden kann, ohne den Reinigungsprozeß nachteilig zu beeinflussen. Die Rauchgase verlassen das Kesselhaus mit einer relativ niedrigen Temperatur von 130 - 180 0C und werden im Wäscher durch die Berieselung mit kalkhaltiger Suspension stark abgekühlt. Da die optimalen Betriebstemperaturen des Katalysators bei ca.
250 0C liegen, müssen die entschwefelten Rauchgase auf dieses Temperaturniveau erwärmt werden. Dies geschieht erfindungsgemäß einmal durch Wärmeaustausch mit dem heißen Rauchgas und durch zusätzliche Aufheizung mittels Zusatzwärme in Form von Dampf oder Heißgas aus dem Kesselhaus.
Um beispielsweise die Probleme einer zu starken Temperaturabsenkung der Rauchgase im Wäscher unter den Taupunkt zu vermeiden, empfiehlt es sich, die den Wäscher verlassenden kühlen Rauchgase durch Wärmeaustausch mit dem heißeren Rohgas vorzuwärmen.
Im folgenden werden Ausführungen der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 schematisch eine Rauchgas-Reinigungsanlage mit Wäscher, NOx#Umsetzer und Wärmetauscher; Fig. 2 schematisch eine Rauchgas-Reinigungsanlage mit Wäscher, NOx -Umsetzer und mehreren regenerativen Wärmetauschern.
Die in der Zeichnung dargestellte Anlage weist als Hauptaggregate einen Absorber 1, einen NOx#Umsetzer 2, einen Regenerativ-Wärmetauscher 3 und einen-Schornstein 4 auf, die jeweils durch Gaskanäle miteinander verbunden sind.
Dem in Form eines Naßwäschers ausgebildeten Absorber 1 wird das Rohgas mit Temperaturen von etwa 130 0C über einen Rohgaskanal 5 aus dem Kesselhaus zugeführt.
Ober ein Düsensystem 6 wird eine Kalk- bzw. Kalkstein-Suspension versprüht - die ggf. über geeignete Einbauten -mit den im aufsteigenden Gasstrom enthaltenen Schwefelverbindungen zu Gipsschlamm reagiert, welcher über einen Austrag 7 aus dem Maßwäscher 1 abgezogen wird. Das entschwefelte und dabei auf eine Temperatur von etwa 50 0C abgekühlte Rauchgas wird über einen Rauchgaskanal 8 und ein Gebläse 9 zu dem Regenerativ-Wärmetauscher 3 gefördert, indem es auf etwa 200 bis 220 0C erwärmt wird.
Dieser Regenerativ-Wärmetauscher ist mit einer Heizvorrichtung 11 verbunden, der Zusatzwärme, z.B. in Form von Dampf oder Heißgas,über eine Leitung 12 zugeführt wird.
In dieser Zusatzheizung 11 erfolgt eine Aufwärmung des Rauchgases auf die Betriebstemperatur von ca. 250-300 0C des nachgeschalteten NOx#Umsetzers 2, mit dem sie über einen Rauchgaskanal 13 verbunden ist. Im Einströmteil 14 des NOx-Umsetzers - oder auch im Mündungsabschnitt des Rauchgaskanals 13 - ist eine Leitung 15 zur Einführung von - ggf. mit Luft gemischtem - Ammoniak vorgesehen, welches über ein Düsensystem 16 mit dem aufgeheizten Rauchgas vermischt wird. Im NOx-Umsetzer 2 befinden sich eine Vielzahl von vorzugsweise platten- oder wabenförmig und in Etagen angeordneten Katalysatorelementen 17, an deren Oberflächen sich die Reduktion der in dem Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem Ammoniak zu Stickstoff und Wasser vollzieht. Die optimale Betriebstemperatur liegt in einem Bereich zwischen 230 und 300 OC.
Das Reingas tritt demzufolge mit einer Temperatur 2 300 0C aus dem NOx -Umsetzer 2 aus und gibt seinen Wärmeinhalt im regenerativen Wärmetauscher 10 ab.
Mit einer Temperatur von ca. 80 0C wird es dem Schornstein 4 zugeführt.
Bei dieser in Fig. 1 dargestellten Anlage wird die relativ große fühlbare Wärme des bis zu 300 0C heißen Reingases weitestgehend zu der Aufheizung der bei der Entschwefelung abgekühlten Rauchgase ausgenutzt. Es müssen daher nur relativ geringe Wärmemengen dem Rauchgas zusätzlich zugeführt werden, um dieses bereits über 200 0C heiße Rauchgas auf die optimale Betriebstemperatur für die NOx-Reduktion zu bringen. Diese zusätzliche Aufwärmung kann durch Zufuhr von Dampf oder Heißgas über die Leitung 12 aus dem Kesselhaus oder auch mittels eines gesonderten Brenners erfolgen.
Die Anlage nach Fig. 2 entspricht in ihrem Grundaufbau der Anlage nach Fig. 1. Gleiche Bauteile sind mit sde«elben Bezugszeichen gekennzeichnet. Das Rohgas strömt über den Kanal 5 vor seinem Eintritt in den Naßwäscher 1 durch einen regenerativen Wärmetauscher 20, dessen anderer Teil von dem entschwefelten und dabei abgekühlten Rauchgas durchströmt wird. Bei einer Rohgastemperatur von ca. 130 0C kann das entschwefelte Rauchgas auf ca. 110 0C vorgewärmt werden. Im nachgeschalteten regenerativen Wärmetauscher 3 erfolgt eine Aufheizung des Rohgases auf etwa 220 OC. Die weitere Behandlung des Rohgases entspricht dem in Fig. 1 dargestellten Vorgehen, wobei jedoch das Reingas mit einer Temperatur von ca. 120 bis 130 0C den Regenerativ-Wärmetauscher 3 verläßt, was seineAusbreitung über den Schornstein begünstigt. Bei dieser Ausgestaltung ergeben sich Vorteile hinsichtlich des Energieverbrauchs, da ein Teil der Warme im Rohgas enthaltenen/zu einer ausreichenden Vorwärmung der Rauchgase oberhalb des Taupunktes ausgenutzt wird.
Zum Anfahren der Anlage nach Fig. 1 bzw. 2 kann durch Schliessen einer Klappe 10 und offenen einer Klappe 18 in einer Leitung 19 der Regenerativ-Wärmetauscher 3 und der NOx#Umsetzer 2 durch Wärmezufuhr über das Heizaggregat 11 im Kreislauf auf seine Betriebstemperatur gebracht werden.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Reinigung von Rauchgas, bei dem das Rauchgas durch Waschen mit einer kalkhaltigen Suspension entschwefelt wird und anschließend die Stickoxide durch Mischen mit Ammoniak katalytisch selektiv reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das entschwefelte Rauchgas vor der katalytischen Reduktion der Stickoxide durch regenerativen Wärmeaustausch mit dem Reingas und durch Zufuhr von Zu satzwärme auf die NOx-Reduktionstemperatur von 220 bis 270 0C erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entschwefelte Rauchgas durch Abdampf auf die NOx-Reduktionstemperatur erwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das entschwefelte abgekühlte Rauchgas mit dem ca. 130 0C heißen Rohgas vorgewärmt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einem Absorber zum Abscheiden der Schwefelverbindungen und aus einem NOx -Umsetzer> der einen Ammoniakmischer und ein Katalysatorbett enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Absorber (1 ) und dem NOx-Umsetzer ( 2 ) ein mit dem erwärmten Reingas als Wärmeträger beschickter regenerativer Wärmetauscher (3 ) und eine Zusatzheizung (11) in Reihe eingeschaltet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein regenerativer Wärmetauscher (20) einerseits in die Rohgasleitung (5 ) und andererseits in die Rauchgasableitung aus dem Absorber (1 ) eingeschaltet ist.